Пристрій для вимірювання температури

Пристрій для вимірювання температури, що містить стаціонарно встановлений у футерівку печі 3 симально можливе стабільне пропускання світловоду в оптимальному діапазоні світловодної пірометрії випромінювання. За рахунок цього зменшуються методичні та інструментальні похибки світловодних вимірювань температури. Крім того, при цьому значно зменшується вартість світловоду за рахунок виключення операцій механічної обробки його бокової поверхні та спрощення захисного армування. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для вимірювання температури, що містить стаціонарно встановлений у футерівку печі монокристалічний корундовий світловод і оптично пов'язаний з ним пірометр випромінювання, згідно з корисною моделлю, світловод виконаний з лейкосапфірового, вирощеного методом Степанова, зі швидкістю росту від 5 до 20мм/год., циліндричного, з діаметром від 3 до 5мм стержня, причому геометрична вісь світловоду орієнтована відносно до головної кристалографічної осі С монокристала під кутом 90±5°, при цьому пірометр має робочий спектральний діапазон у межах від 0,4 до 1,1мкм. У запропонованому пристрої стаціонарно встановлений у футерівці печі у контакт з контрольованим середовищем, імерсійний циліндричний з діаметром від 3 до 5мм лейкосапфіровий світловод формує і передає на пірометр випромінювання, термометричні параметри якого однозначно зв'язані з температурою імерсійного кінця. Чистий -корунд (лейкосапфір) не містить домішки, що спотворюють пропускання світловоду і впливають на термометричні похибки. Циліндрична форма забезпечує найбільш просте вирощування методом Степанова і подальше виготовлення світловодів і, перш за все, їх механічну обробку та захисне армування. Зазвичай лише одна операція шліфування бокової поверхні світловоду, яка вилучається, приблизно на 10 % знижує його собівартість. Цілком очевидно, що циліндрична форма світловоду також найбільш технологічна для операції захисного армування. При діаметрі світловоду 3-5 мм досягається достатня для стабільного детектування інтенсивності світловодного випромінювання. Зі збільшенням діаметра понад 5мм посилюється вплив випромінювальної здатності імерсійного кінця на термометричні похибки, знижується термостійкість світловоду і збільшується його собівартість. Використання світловодів з діаметром менше 3 мм обмежується низькою інтенсивністю світловодного випромінювання. Зі зниженням швидкості вирощування стержня зменшується кількість оптичних неоднорідностей у лейкосапфірі і по експоненті підвищується його пропускання. Наприклад, при зниженні швидкості від 60 до 20мм/год. пропускання у видимій і ближній інфрачервоній областях спектра для усіх кристалографічних напрямків підвищується у 2-10 разів. При швидкостях більше 20мм/год. починає помітно зменшуватись пропускання, а швидкості менше 5мм/год. неприпустимо знижують продуктивність процесу вирощування і незначно збільшують пропускання. Тому швидкості росту необхідно витримувати у межах від 5 до 20мм/год. Початкове направлене пропускання лейкосапфірових світловодів також суттєво залежить від їх 65897 4 орієнтації. При однакових швидкостях вирощування різниця у пропусканні електромагнітного випромінювання у видимій і ближній інфрачервоній областях спектра для різних кристалографічних напрямків досягає 30 %. При цьому потрібне максимальне пропускання мають світловоди з орієнтацією  1120  , коли їхня геометрична вісь орієнтована відносно до головної кристалографічної осі С монокристала під кутом 90°. При вирощуванні лейкосапфірових стержнів за методом Степанова практично неможливо витримати цю ідеальну орієнтацію. Реальні відхилення від оптимальної орієнтації у 90° знаходяться у межах ±5°. Такі припустимі технологією вирощування відхилення несуттєво зменшують максимально можливе пропускання. Працюючі у спектральному діапазоні від 0,4 до 1,1мкм кремнієві фотонні детектори випромінювання за своїми спектральними характеристиками є найбільш придатними для вимірювання середніх температур - технологічних температур більшості металургійних та нагрівних печей. Крім того, кремнієві детектори характеризуються високою температурою, часовою стабільністю і спектральною чутливістю, а також їх робочий діапазон добре узгоджується зі спектральними характеристиками пропускання лейкосапфіру. Тому пірометр пристрою має робочий спектральний діапазон у межах від 0,4 до 1,1мкм. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де зображена схема пристрою. Пристрій містить стаціонарно встановлений у футерівці 1 імерсійним кінцем 2 у контакт з розплавом 3 лейкосапфіровий циліндричний вирощений методом Степанова світловод 4 з захисною арматурою 5 і пірометр випромінювання 6. Пристрій працює наступним чином. Випромінювання імерсійного кінця 2, термометричні параметри якого однозначно зв'язані з вимірюваною температурою розплаву 3, світловодом 4 передається через футерівку 1 на пірометр 6. Арматура 5 захищає бічну поверхню світловоду від впливу футерівки 1 і проникаючих через неї продуктів плавки. Світловод 4 виконано з вирощеного зі швидкістю 5-20мм/год. під кутом до головної кристалографічної осі С 90±5° лейкосапфірового стержня і тому має мінімальну кількість оптичних неоднорідностей і відповідно максимально можливе направлене пропускання у робочому спектральному діапазоні 0,4-1,1мкм. Зазвичай товщина футерівки значно (більше ніж у 10 разів) перебільшує діаметр світловоду. Тому розподіл температур по довжині світловоду 4 і товщині футерівки 1 кількісно і якісно практично співпадають і знаходяться між температурами розплаву 3 і зовнішньої поверхні тигля. Максимально направлене пропускання світловоду 4 забезпечується при мінімально можливій кількості оптичних неоднорідностей, які змінюють термометричні параметри інформативного випромінювання імерсійного кінця 2 за рахунок його поглинання і розсіювання. Крім того, неоднорідності є джерелом попадаючого у пірометр 6 фонового випромінювання, яке формується із їхнього залежного від температури світловоду власного, а також відбитого і розсіяного ними випромінювання. Таким чином світловод 4 забез 5 печує потрібне максимально можливе стабільне пропускання випромінювання імерсійного кінця 2, що реєструється пірометром 6. Таким чином, у запропонованому пристрої у порівнянні з прототипом розміщений у футерівці печі світловод має максимально можливе стабільне пропускання у робочому спектральному діапазоні пірометра, не потребує додаткової механічної обробки і за рахунок цього забезпечує зниження методичних та інструментальних похибок світло Комп’ютерна верстка Н. Лисенко 65897 6 водних вимірювань температури при більш низькій собівартості. Відповідність заявленої корисної моделі критерію "Промислове використання" підтверджується тим, що приведені у даному описі технічні рішення реалізовані у виготовлених для ЗАТ "Ровенський ливарний завод" світловодних системах безперервного контролю температури рідкого чавуну у індуктивних міксерних та розливних печах. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601